1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kühlradiator, insbesondere einen Kühlradiator eines Kessels eines Transformator-Aktivteils, wobei der Kühlradiator mit von der am Aktivteil erwärmten Kühlflüssigkeit durch Schwerkraft von oben über ein Sammelbzw. Verteilerrohr, einen so genannten Sammler, nach unten zu einem Unterverteiler bzw. -sammler, einem so genannten unteren Sammler, durchströmenden Kühlelementen ausgebildet ist, wobei die gekühlte Flüssigkeit über den Unterverteiler zurück in den Transformator gelangt und wobei zumindest ein Kühlradiator entfernt von oder direkt am Transformator bzw. dessen Kessel angeordnet ist.

Kühlradiatoren dieser Art umfassen neben dem oberen und dem unteren Sammler wenigstens ein Teilmodul von Kühlelementen, die über jeweilige Einzelverteilerrohre mit dem oberen bzw. unteren Sammler verbunden sind, wobei die Teilmodule Rohre aufweisen, die an ihrer Außenseite jeweils mit Rippen versehen sind.

2. Stand der Technik

Die Kühlelemente von Transformatoren oder anderen elektrischen Geräten bestehen aus flachen, in der Regel von Öl als Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlelementen oder aus einem Wellblech, wie durch die DE 10 2009 015 377 A bekannt

BESTÄTIGUNGSKOPIE geworden. Die aus mehreren solcher zusammengesetzten bzw. an- / hintereinander gereihten Kühlelementen bestehenden Kühlradiatoren sind als Schweißkonstruktion ausgeführt. Um die Standzeit zu erhöhen, werden sie durch aufwendige Tauchgänge lackiert oder feuerverzinkt.

Demgegenüber soll die Herstellung bei gleichzeitig gas- bzw. öldichter Verbindung der Kühlelemente mit den Sammlern vereinfacht und insbesondere der Wärmeübergang bzw. die Wärmeübertragung verbessert werden.

3. Aufgabe der Erfindung

Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Kühlradiator zur Verfügung zu stellen, der einerseits einen einfachen Aufbau aufweist und andererseits einen erhöhten Wärmeübergang bei gleichen Außenmaßen des Kühlradiators insgesamt gewährleistet. Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einem Kühlradiator, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 , gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

4. Zusammenfassung der Erfindung

Im erfindungsgemäßen Sinne sind die Teilmodule senkrecht und quer zur Längsrichtung der Sammler angeordnet, wobei die Rohre der Teilmodule zum Luftdurchtritt mit einem Abstand zueinander parallel angeordnet sind. Hierdurch wird ein Kühlradiator geschaffen, der aus mehreren in einer Reihe aufeinander bzw. hintereinander folgend und mit einem Luftspalt zueinander, in Durchbrüchen des oberen Sammelrohres und des Untersammlers eingefügt, einen besonders guten Luftdurchtritt durch den Kühlradiator insgesamt und an den jeweiligen Kühlelementen erlaubt. Somit tragen sämtliche Kühlelemente des Kühlradiators vorzugsweise gleichwertig zum Wärmeübergang aus dem durch den Kühlradiator hindurchströmenden Kühlmedium, vorzugsweise öl, in die Umgebungsluft, die den Kühlradiator durchströmt, bei. Im Ergebnis wird eine besonders hohe Energieabfuhr von bis zu 38,00 kW/h vorzugsweise bis zu 39,80 kW/h bei einem Kühlradiator mit einer Breite von bis zu 540 mm, vorzugsweise bis zu 520 mm, und einer Höhe von bis zu 2 m, vorzugsweise bis zu 1 ,80 m, bewirkt. Bevorzugt wird ein Kühlradiator mit einer Höhe von 0,5 m bis zu 3,60 m. Bei optimierten Querschnitten sowohl des oberen als auch des unteren Sammlers sowie der Rohre der jeweiligen Teilmodule kann eine Durchflussmenge von Öl durch den Kühlradiator von bis zu 2 700 kg/h, vorzugsweise bis zu 2 800 kg/h, erreicht werden.

Wie sich durch Versuche bestätigt hat, erfährt die die Rohre von oben nach unten mit bester Kühlwirkung durchfließende Flüssigkeit, insbesondere öl, einen geringsten Widerstand, wenn ein optimierter Querschnitt der Elemente des Kühlradiators eingehalten wird. Da nur geringstmögliche Widerstände auftreten, kann das System in freier Konvektion arbeiten; es sind keine Pumpen erforderlich.

Der Kühlradiator liegt somit als kompakte Komplett-Einheit vor, die aus gewünscht vielen, im Abstand zueinander angeordneten, über die Einzelverteilerrohre an die Sammler angebundenen Teilmodulen besteht. Der komplette Kühlradiator bzw. dessen Teilmodule können sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung von der Umgebungsluft, ggf. unterstützt von Lüftern / Ventilatoren, vollständig umströmt werden. Die Abkühlung bzw. der Wärmeabtrag / der Wärmeübergang wird dadurch sehr effizient gehalten.

Ein bevorzugter Vorschlag sieht vor, dass die Rohre und auch die Sammler, vorzugsweise der obere und der untere Sammler, sowie ebenfalls die Einzelverteilerrohre aus einem durch Strangpressen verarbeitbaren Werkstoff bzw. Material be- stehen, wie insbesondere Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, Magnesium o- der dergleichen zum Strangpressen geeignete Leichtmetalle. Diese Werkstoffe haben einerseits gute Wärmeübergangseigenschaften und sind andererseits durch sich bildende Oxidschichten korrosionsbeständig, so dass eine Lackierung oder dergleichen Beschichtung bzw. Oberflächenbehandlung entfallen kann, und lassen sich zudem einfach herstellen, nämlich vorzugsweise mit gewünschter, beliebiger Geometrie Strangpressen.

Die zur Verbindung der einzelnen Komponenten des Kühlradiators erforderlichen Durchbrüche werden vorzugsweise durch Fräs- oder Laserbearbeitung präzise hergestellt, so dass sich exakte Fügestellen zur Mikrofügung durch bevorzugt Laserschweißen mit gas bzw. öldichter Verbindung erreichen lassen.

Es wird bevorzugt, wenn jedes Teilmodul bis zu 12, vorzugsweise bis zu 10 Rohre, umfasst. Hierdurch wird ein Kühlradiator geschaffen, dessen Wirkoberfläche mit besonders einfachen Mitteln und ggf. vollständig von der Umgebungsluft umströmbar auf die vom Kühlradiator geforderten Eigenschaften anpassbar ist.

Es wird in diesem Zusammenhang auch bevorzugt, wenn die Rohre der jeweiligen Teilmodule einen abgeflachten, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken, aufweisen. Besonders bevorzugt wird, wenn derartige Rohre wenigstens einen Innensteg, vorzugsweise zwei Innenstege, aufweisen. Die Breite der Rohre beträgt dabei bevorzugt bis zu 130 mm, vorzugsweise bis zu 120 mm. Insbesondere wird bevorzugt, wenn der Abstand der Rohre zueinander je Teilmodul bis zu 30 mm, vorzugsweise bis zu 27 mm beträgt. Hierdurch wird ein Kühlradiator geschaffen, der einerseits einen ausreichenden Durchfluss von Kühlmedien wie Öl durch die Rohre jedes Teilmoduls ermöglicht und andererseits Rohre mit ausreichender Formstabilität zur Verfügung stellt. Schlussendlich wird durch die Wahl des bevorzugten Ab- Stands zwischen den Rohren ein optimaler Luftdurchtritt durch den Kühlradiator insgesamt bewirkt, wodurch die Kühlleistung optimiert werden kann.

Es wird überdies bevorzugt, wenn die an der Außenseite der Rohre vorgesehenen Rippen Längsrippen sind, die sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Rohre, somit im Wesentlichen über die gesamte Länge des Kühlradiators insgesamt, erstrecken. Es wird insbesondere bevorzugt, wenn bis zu 15, überaus bevorzugt bis zu 12, Längsrippen je Rohr vorgesehen sind. In diesem Zusammenhang wird insbesondere bevorzugt, wenn die Längsrippen eine Höhe, somit eine Erstreckung von der Außenseite des Rohrs nach außen, von bis zu 15 mm, vorzugsweise bis zu 12 mm, aufweisen. Der Abstand der Längsrippen zueinander sollte bis zu 25 mm, vorzugsweise bis zu 20 mm betragen, um hierdurch nicht nur eine Wirkoberfläche für den Kühlradiator mit einer großen Wärmeabstrahlung zu gewährleisten, sondern gleichzeitig auch den Übergang der Wärme aus dem Kühlmedium in die den Kühlradiator umströmende und durchströmende Umgebungsluft zu optimieren.

Es wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, wenn bis zu 10, vorzugsweise bis zu 8, Teilmodule im Kühlradiator vorgesehen sind. Diese Teilmodule, die jeweils über ein oberes und ein unteres Einzelverteilerrohr miteinander verbunden sind, bieten somit eine besonders große Wirkfläche bei gleichzeitig kompakter Bauart des Kühlradiators.

In diesem Zusammenhang wird auch bevorzugt, wenn zumindest der obere Sammler, bevorzugt auch der untere Sammler, einen rechteckigen Querschnitt, vorzugsweise mit einem Maß von 20 x 80 mm Querschnittsfläche, aufweist. Überaus bevorzugt wird zudem, wenn zumindest der obere Sammler, vorzugsweise sowohl der obere als auch der untere Sammler, an einem Ende der Einzelverteilerrohre angeordnet sind und somit nicht den insbesondere von unten nach oben durch den Kühlradiator entlang der Teiimodule entlangströmenden Luftstrom be- hindert. Allein durch die Anordnung des oberen Sammlers entfernt von der Mitte der Einzelverteilerrohre auf deren Ende hin konnte nachweislich um 38 % verbesserter Luftzutritt zu dem Kühlradiator und Luftaustritt aus dem Kühlradiator erreicht werden.

Eine bevorzugte Ausführung sieht eine vorzufertigende Bauweise des Kühlradiators vor, bei der der obere und der untere Sammler in einer Längserstreckung angeordnet sind und über ihre Länge gesehen im Abstand hintereinander liegend eine beliebige Anzahl von Durchbrechungen aufweisen, bei ovalen Rohren als Kühlelement entsprechend formangepasste, quer zur Längserstreckung vorgesehene Langlöcher. Die Kühlelemente werden zu einem Teilmodul in Durchbrechungen von mit dem oberen und dem unteren Sammler verbundenen Einzelverteilerrohren, diese besitzen wie vorteilhaft auch die Sammler ein Rechteck- oder Quadratformat, eingefügt. Die aus dem oberen und dem unteren Einzelverteiler mit den eingefügten Kühlelementen bestehenden Teilmodule werden mit ihren Einzelverteilerrohren quer zu den Sammlern verlaufend und mit einer ihrer Durchbrechungen in Strömungsverbindung mit einer Durchbrechung der Sammler stehend öl- dicht mit den Sammlern verbunden, vorzugsweise laserverschweißt, und zwar derart, dass die Sammler die quer dazu angeordneten Teilmodule überbrücken, entweder mittig oder bevorzugt zur Seite und auf die Enden der Einzelverteilerrohre hin versetzt.

5. Kurze Beschreibung der Figuren

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf acht Figuren näher erläutert, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren zeigen

Figur 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Kühlradiators, Figur 2 eine Stirnansicht des Kühlradiators aus Figur 1 ,

Figur 3 eine Ansicht von oben auf den Kühlradiator aus den Figuren 1 und 2,

Figur 4 ein Einzelverteilerrohr für einen erfindungsgemäßen Kühlradiator,

Figur 5 einen Abschnitt eines Sammlers eines erfindungsgemäßen Kühlradiators,

Figur 6 einen Querschnitt durch ein Rohr eines Teilmoduls in einer ersten

Ausführungsform,

Figur 7 einen Querschnitt durch ein Rohr eines Teilmoduls in einer zweiten

Ausführungsform und

Figur 8 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlradiators in einer Ansicht von oben nach unten.

Detaillierte Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Vorderansicht eines komplett vorgefertigten, zum Ein- bzw. Ausbau an einem Transformator vorbereiteten Kühlradiator 1. Der Kühlradiator 1 umfasst ein oberes Sammelrohr 2 und ein unteres Sammelrohr 3, die über jeweilige Flanschen 2a, 3a mit dem (nicht dargestellten) Transformator verbunden werden können, um einen geschlossenen Ölkreislauf mit dem Transformator ausbilden zu können. Zwischen dem oberen Sammler 2 und dem unteren Sammler 3 sind eine Vielzahl von Teilmodulen 4 angeschlossen, die sich jeweils senkrecht und quer zur Längsausrichtung der Sammelrohre 2, 3 in die Zeichenebene hinein erstrecken. Den Teilmodulen 4 wiederum sind Einzelverteilerrohre 5 zugeordnet, die flüssigkeitsdicht mit den Sammelrohren 2, 3 und den Rohren der Teilmodule 4 verbunden sind, um somit den Durchtritt vom Kühlmedium wie Öl durch den gesamten Kühlradiator 1 hindurch zu gewährleisten. Schließlich sind Messfühler 20, 21 mit dem oberen Sammler 2 bzw. dem unteren Sammler 3 verbunden, um sowohl die Durchtrittsmenge als auch die Eintritts- bzw. Austrittstemperatur des Kühlmediums durch den Kühlradiator 1 aufzunehmen.

Figur 2 zeigt den Kühlradiator 1 aus Figur 1 in einer Seitenansicht ^" von rechts gesehen und gibt somit das vordere bzw. erste Teilmodul 4 zu erkennen. Zahlreiche dieser aufeinanderfolgenden mit Luft zueinander angeordneten Teilmodule 4, angeschlossen an den oberen Sammler 2 und den unteren Sammler 3, bilden den Kühlradiator (1) aus Figur 1. Aus der Zusammenschau der Figuren 1 und 2 kann entnommen werden, dass der Kühlradiator 1 und dessen Teilmodule 4 bzw. die im Ausführungsbeispiel als ovale Rohre 6 ausgeführten Elemente (vergleiche Figur 6) vollumfänglich von der Umgebungsluft umströmt werden können. Die in Richtung des oberen Pfeils der Figur 1 vom Verbraucher einströmende, erwärmte Kühlflüssigkeit (Öl) wird dadurch auf ihrem Weg nach unten besonders wirkungsvoll gekühlt. Dort gelangt die Kühlflüssigkeit in Richtung des unteren Pfeils zurück zum Verbraucher (Kessel; Aktivteil des Transformators). Der Kühlradiator 1 kann an dem Verbraucher, ggf. unter Zwischenschaltung von Rohrleitungen, über Flansche 2a, 3a der Sammler 2, 3 angeschlossen werden.

Figur 3 zeigt den Kühlradiator 1 aus den Figuren 1 und 2 in einer Ansicht von oben. Die Teilmodule 4 mit den in den Einzelverteilerrohren 5 eingefügten Kühlelementen sind quer und senkrecht zum oberen Sammler 2 angeordnet und werden von dem Sammler 2 in der Mitte der Teilmodule 4 liegend überbrückt. Die Teilmodule 4 bestehen hierbei aus jeweils fünf über ein gemeinsames Einzelverteilerohr 5 verbundenen Rohren 6 mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Zwischen den Rohren 6 wiederum ist ein Abstand 22 zum Durchtritt von Kühlluft durch die jeweiligen Teilmodule 4 hindurch vorgesehen. Figur 4 zeigt als Einzeleinheit ein Einzelverteilerrohr 5 von dessen Durchbrechungen 23 aufweisenden Seite her gesehen. Über die Durchbrechungen 23 erfolgt eine flüssigkeits- und gasdichte Verbindung des Einzelverteilerrohrs 5 mit (nicht dargestellten) Rohren zum Durchtritt des Kühlmediums.

Figur 5 zeigt als Einzeleinheit einen Sammler 2 von dessen Durchbrechungen 24 aufweisenden Seite her gesehen. Über die Durchbrechungen 24 erfolgt die Anbin- dung und gas- bzw. flüssigkeitsdichte Verschweißung des oberen Sammlers 2 mit (nicht dargestellten) Einzelverteilerrohren 5.

Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Rohr 6 mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und abgerundeten Ecken. An der Außenseite des Rohres 6, zumindest aber an den Längsseiten des Rohres 6, sind äquidistant zueinander angeordnete Längsrippen 7 angeordnet, über die die Wirkfläche des Rohres 6, somit die Kontaktoberfläche des Rohres 6 mit der das Rohr 6 umströmenden Umgebungsluft, deutlich erhöht wird. Zur Stabilisierung des Rohres 6 ist zudem ein Innensteg 8 innerhalb des Rohres 6 vorgesehen.

Figur 7 zeigt eine zweite Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Rohres 6 als Teil eines Teilmoduls eines erfindungsgemäßen Kühlradiators. Das Rohr 6 weist wiederum einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf, wobei an jeder Längsseite des Rohrs 6 Kühlrippen 7 mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Auch die Höhe der Rippen 7, somit deren Erstreckung von der Außenseite des Rohres 6 nach außen, ist über den gesamten Umfang des Rohres 6 gleich, um hierdurch gleichbleibende Wärmeübergangsbedingungen über das Rohr 6 hinweg zu schaffen. Zur Stabilisierung des Rohres 6 sowie zur Unterteilung von dessen Querschnitt in drei im Wesentlichen gleich großen Kammern, sind Innenstege 8a, 8b vorgesehen, die sich über die gesamte Länge des Rohres 6 erstrecken. Figur 8 schließlich zeigt eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Kühlradiators 1 in einer Ansicht von oben nach unten. Der Kühlradiator 1 weist ein oberes Sammelrohr 2 sowie ein unteres Sammelrohr 3 auf, mit denen acht Einzelverteilerrohre 5 verbunden sind. Diese Einzelverteilerrohre 5 wiederum sind mit sieben Rohren 6 verbunden, über deren gesamte Länge sich Längsrippen 7 erstrecken. Um den Luftdurchtritt der Kühlluft durch den Kühlradiator 1 im Wesentlichen ungehindert zu gewährleisten, sind sowohl der obere Sammler 2 als auch der untere Sammler 3 aus der mittigen Anordnung an den Einzelverteilerrohren 5 (vgl. Fig. 3) auf die Endbereiche der Einzelverteilerrohre 5 versetzt angeordnet.

Bezugszeichenliste

1 Kühlradiator

2 Oberer Sammler

2a Flansch

3 Unterer Sammler

3a Flansch

4 Teilmodul

5 Einzelverteilerrohr

6 Rohr

7 Längsrippen

8 Innensteg

20 Messfühler

21 Messfühler

22 Abstand zwischen Rohren

23 Durchbrechung im Einzelverteilerrohr

24 Durchbrechung im Sammler